[发明专利]一种绝对式时栅角位移传感器

摘要

本发明公开了一种绝对式时栅角位移传感器，包括定子、转子、信号调理电路、鉴相电路和微处理器，转子为布有激励线圈和感应线圈的环形印制电路板，定子为环形导磁体；激励线圈包括正弦激励线圈和余弦激励线圈，感应线圈由相同且独立工作的8个扇环形感应线圈组成；环形导磁体按照一定规则开设有扇环形通槽；正、余弦激励线圈中分别通入两相对称激励电流，8个扇环形感应线圈中产生的感应信号将发生周期性变化，8个感应信号与激励信号经调理后送入鉴相电路进行鉴相处理，相位差由高频时钟脉冲插补，再经微处理器运算、处理后，得到转子的绝对位移值。该传感器能避免出现激励磁场互相耦合问题，实现高精度的绝对位移测量，同时降低成本。

主权项

1.一种绝对式时栅角位移传感器，包括转子(1)、定子(2)、信号调理电路(3)、鉴相电路(4)和微处理器(5)，所述转子(1)与定子(2)同轴正对平行安装，且留有间隙；其特征在于：所述转子(1)为布有激励线圈(11)和感应线圈(12)的环形印制电路板，所述定子(2)为与转子(1)相对的一面沿圆周开设有多个扇环形通槽的环形导磁体；所述激励线圈(11)由相同且关于圆心O对称布置的第一组线圈和第二组线圈组成，第一组、第二组线圈均包括正弦激励线圈(111)和余弦激励线圈(112)，所述正弦激励线圈(111)由起始位置相同、幅值为A、周期为W＝360°/N、相位互差180°且沿半径为R的圆周正弦分布的两条导线构成，两条导线分别布于环形印制电路板的两层，且其起始端通过过孔连接、另一端作为正弦激励信号输入端；所述余弦激励线圈(112)由起始位置相同、幅值为A、周期为W＝360°/N、相位互差180°且沿半径为R的圆周正弦分布的两条导线构成，两条导线分别布于环形印制电路板的另外两层，且其起始端通过过孔连接、另一端作为余弦激励信号输入端；其中，N为传感器的极对数，N≥8且取值为4的整数倍；所述正弦激励线圈(111)的起始位置与余弦激励线圈(112)的起始位置在环形印制电路板上沿圆周错开W/4，且正弦激励线圈(111)与余弦激励线圈(112)同时覆盖区域的圆心角大于或者等于4W；所述感应线圈(12)由相同且关于圆心O对称布置的第一部分和第二部分组成，第一、第二部分均由相同且独立工作的4个扇环形感应线圈组成，扇环形感应线圈为具有一个开口，且开口端作为信号输出端的非闭合线圈，扇环形感应线圈的圆心角为W、内圆弧半径小于R‑A、外圆弧半径大于R+A；第一部分的4个扇环形感应线圈分别为第一、第二、第三、第四扇环形感应线圈(121、122、123、124)，其沿圆周逆时针方向依次排列，且相邻两个扇环形感应线圈的中心连线所对应的圆心角为W，第一部分能同时覆盖所述第一组线圈中的正弦激励线圈的连续4个周期和余弦激励线圈的连续4个周期；第二部分的4个扇环形感应线圈分别为第五、第六、第七、第八扇环形感应线圈(125、126、127、128)，其沿圆周逆时针方向依次排列；所述环形导磁体的内圆半径小于扇环形感应线圈的内圆弧半径、外圆半径大于扇环形感应线圈的外圆弧半径；所述环形导磁体沿圆周均分为N/2等份，形成N/2个圆心角为2W的扇环形等分区域，以其中某一等份作为第1个扇环形等分区域，其余等份沿圆周逆时针方向依次称为第2个扇环形等分区域至第N/2个扇环形等分区域；每个扇环形等分区域内都开设有扇环形通槽，且所开扇环形通槽的面积之和为该扇环形等分区域面积的1/2；沿圆周逆时针方向，每个扇环形等分区域等分为4份，第2m‑1个扇环形等分区域内的扇环形通槽开设在第1份位置和第3份位置，第2m个扇环形等分区域内的扇环形通槽开设在第1份和第3份同时沿圆周逆时针方向旋转后的位置，当扇环形通槽的开设位置因旋转而移出第2m个扇环形等分区域时，移出部分从该第2m个扇环形等分区域的另一侧移入，其中，m依次取值1至N/4中的所有整数；将所述环形导磁体的每个扇环形等分区域都等分为2份，形成N个圆心角为W的极对，由第1个扇环形等分区域的起始位置开始，沿圆周逆时针方向依次称为第1个极对至第N个极对，将第一扇环形感应线圈(121)完整覆盖第1个极对时的位置作为测量的绝对零位；正弦激励线圈(111)和余弦激励线圈(112)中分别通入两相对称激励电流，当转子(1)相对于定子(2)转动时，8个扇环形感应线圈中产生的感应信号将发生周期性变化，将8个感应信号与激励信号输入至信号调理电路(3)进行信号调理后，送入鉴相电路(4)进行鉴相处理，相位差由插补的高频时钟脉冲个数表示，再经微处理器(5)运算、处理后，得到转子(1)的绝对位移值。